KR100247831B1 - 고체촬상장치 - Google Patents
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Abstract
수직전송부의 취급전하량을 감소시키지 않고, 더욱이 전자셔터 동작시의 기판펄스의 진폭을 증대시키지 않고, 대광량입사시의 센서부의 취급전하량의 이상증가를 억제할 수 있는 고체촬상장치를 제공한다.
HAD 구조의 센서부(1)를 구비한 고체촬상장치에 있어서, 수직방향에 있어서의 각 센서부(1)간에 정공(正孔)축적층(13)과 같은 도전형의 고농도의 HCS 영역(19)을 형성함으로써, 광전변환에 의해 발생한 홀의 통로를 확보하고, 홀전류에 대한 저항을 낮게 한다.
Description
제1도는 본원 발명에 의한 고체촬상장치의 촬상부에 있어서의 1화소분의 센서부를 도시한 구성도이며, (a)는 1화소분의 평면구조도, (b)는 (a)의 Y-Y선 단면구조도.
제2도는 센서부의 단면구조도이며, (a)는 제1a도의 X-X선 단면구조도, (b)는 제1a도의 Y'-Y'선 단면구조도.
제3도는 인터라인전송방식의 CCD 고체촬상장치를 개략적으로 도시한 구성도.
제4도는 촬상부의 1화소분의 구조를 도시한 평면도.
제5도는 종래의 고체촬상장치의 촬상부에 있어서의 1화소분의 구조를 도시한 단면도이며, (a)는 제4도의 X-X선 단면구조도, (b)는 제4도의 Y-Y선 단면구조도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
(1) : 센서부 (2) : 수직시프트레지스터
(3) : 촬상부 (4) : 수평시프트레지스터
(6), (7) : 채널스톱영역 (11) : 실리콘기판
(13) : 정공(正孔)축적층 (14) : 신호전하축적영역
(15) : 신호전하전송영역 (16), (17) : 전송전극
(19) : HCS 영역(부가영역)
본원 발명은 고체촬상장치에 관한 것으로, 특히 정공(正孔)축적 다이오드(Hole Accumulation Diode : HAD)구조의 센서부를 구비한 고체촬상장치에 있어서의 센서부의 구조에 관한 것이다.
고체촬상장치의 일예로서, 예를 들면 인터라인전송방식의 CCD 고체촬상장치의 구성을 제3도에 도시한다. 이 도면에 있어서, 수직 및 수평방향으로 화소단위로 2차원 배열되어 입사광량에 따른 신호전하를 축적하는 복수개의 센서부(1)와, 이들 센서부(1)로부터 수직열마다 독출된 신호전하를 수직방향으로 전송하는 복수개의 수직시프트레지스터(수직전송부)(2)에 의해 촬상부(3)가 구성되어 있다.
센서부(1)에서 광전변환된 신호전하는 수직블랭킹기간의 일부에서 순시(瞬時)에 수직시프트레지스터(2)에 독출된다. 수직시프트레지스터(2)에 이동된 신호전하는 수평블랭킹기간의 일부에서 1주사선에 상당하는 부분씩 수평시프트레지스터(4)에 이동된다. 1주사선분의 신호 전하는 수평시프트레지스터(4)에서 순차 수평방향으로 전송된다.
수평시프트레지스터(4)의 최종단(最終端)에는 FDA(Floating Diffusion Amplifier) 등으로 이루어지는 출력회로부(5)가 접속되어 있다. 이 출력회로부(5)는 센서부(1)에 있어서의 광전변환에 의해 얻어지고, 또한 수직시프트레지스터(2) 및 수평시프트레지스터(4)에 의해 전송된 신호전하를 검출하고, 전기신호로 변환하여 텔레비전신호로서 출력한다.
그러나, 센서부(1)에 입사한 광에 의해 발생한 홀(正孔)은 촬상부(3)의 1화소분의 평면구조를 도시한 제4도에 있어서, 채널스톱영역(6)을 지나 장치의 그라운드(GND)에 배출된다. 그러나, 채널스톱영역(6)을 형성하는 P 영역의 불순물농도가 낮고, 더욱이 채널스톱영역(6)은 폭이 좁고, 또한 길기 때문에, 홀전류에 대한 저항이 높다.
따라서, 대광량(大光量)이 입사한 경우 채널스톱영역(6)에 있어서 홀전류에 의해 전위변동이 발생하므로, 센서부(1)의 표면전위가 변동하고, 센서부(1)의 동작특성이 변화된다. 그 결과, 센서부(1)의 취급전하량이 비정상적으로 증가하게 되므로, 수직시프트레지스터(수직 CCD)(2)에 있어서 신호전하가 넘치는 현상이 생기게 된다.
이 광전변환에 의해 발생한 홀전류에 대한 저항을 저감하기 위해, 종래의 고체촬상장치에 있어서는 센서부(1)의 채널스톱영역(6)의 불순물농도를 높이는 것으로 대처하고 있었다. 즉, 제4도의 X-X선 단면구조 및 Y-Y선 단면구조를 도시한 제5도(a) 및 (b)에 있어서, 채널스톱영역(6)의 내측에, 또한 농도가 짙은 불순물의 P+영역에 의해 채널스톱영역(7)을 형성함으로써, 홀전류에 대한 저항을 낮추고 있었다.
그러나, 채널스톱영역(6)의 내측에, 또한 고농도의 채널스톱영역(7)을 형성한 구조의 종래장치에서는, 반도체제조공정의 열처리에 의해 P+영역의 불순물이 확산되어, 고농도이상확산이 생겨서 수직시프트레지스터(수직 CCD)(2)를 침해함으로써, 수직시프트레지스터(2)의 실효적인 폭이 좁아져서 수직시프트레지스터(2)의 취급전하량이 감소된다는 문제가 있었다.
나아가서는, 고농도이상확산에 의해 센서부(1)까지 침해함으로써, 센서부(1)에 축적된 신호전하를 반도체기판에 쓸어내는 이른바 전자 셔터동작을 행한 경우에, 용량적인 결합이 개재되어, 채널스톱영역(6)으로부터의 용량이 증가됨으로써, 반도체기판에 인가하는 기판펄스의 전압(진폭)을 높게 해도, 좀체로 오버플로배리어가 무너지지 않으므로, 보다 높은 전압의 기판펄스가 필요하게 된다는 문제도 있었다.
그래서, 본원 발명은 수직전송부의 취급전하량을 감소시키지 않고, 또한 전자셔터동작시의 기판펄스의 진폭을 증대시키지 않고, 대광량 입사시의 센서부의 취급전하량의 이상증가를 억제할 수 있는 고체촬상장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명에 의한 고체촬상장치는 광전변환에 의해 발생한 신호 전하를 축적하는 영역상에 적층된 정공축적층을 가지고, 수직 및 수평방향으로 화소단위로 2차원 배열된 복수개의 센서부와, 이들 센서부로부터 수직열마다 독출된 신호전하를 수직방향으로 전송하는 수직 전송부를 구비하고, 복수개의 센서부의 정공축적층을 수직열마다 연결하도록, 정공축적층과 같은 도전형의 고농도의 부가영역을 각 센서부간에 형성한 구성으로 되어 있다.
본원 발명에 의한 고체촬상장치에 있어서는, 센서부표면의 정공 축적층을 센서부의 암전류(暗電流)를 감소시킨다는 목적외에, 홀의 통로로서 이용하기 위해 수직방향에 있어서의 각 센서부간에, 정공축적층과 같은 도전형의 고농도의 부가영역을 형성하고, 광전변환에 의해 발생한 홀의 통로를 확보함으로써, 홀전류에 대한 저항을 낮춘다.
이것에 의하면, 채널스톱영역의 불순물농도를 높게 할 필요가 없으므로, 수직전송부의 취급전하량의 감소나, 전자셔터동작시의 기판 펄스의 진폭의 증대라는 문제를 일으키는 일 없이, 대광량입사시의 센서부의 취급전하량의 이상증가를 억제할 수 있다.
다음에, 본원 발명의 일실시예에 대하여 도면에 따라 상세히 설명한다.
본원 발명은 HAD(정공축적다이오드)구조의 센서부를 구비한 CCD고체촬상장치에 적응되며, 이 CCD 고체촬상장치의 촬상부에 있어서의 센서부의 구조에 특징을 갖는 것이다.
제1도는 본원 발명에 의한 고체촬상장치의 촬상부에 있어서의 1화소분의 센서부의 구성도이고, 제1도(a)에 1화소분의 평면구조를, 제1도(b)에 제1도(a)의 Y-Y선 단면구조를 각각 도시하고 있다. 또한, 제2도(a)에 제1도(a)의 X-X선 단면구조를, 제2도(b)에 제1도(a)의 Y'-Y'선 단면구조를 각각 도시하고 있다.
제1도 및 제2도에 있어서, N형 실리콘기판(11)상에 P형 영역(12)이 형성되어 있고, 센서부(1)는 이 P형 영역(12)의 표면영역에 형성된 얕은 P+형 영역으로 이루어진 정공(正孔)축적층(13) 및 이 정공축적층(13)의 하측에 형성된 N형 영역으로 이루어진 신호전하축적영역(14)에 의해 구성되어 있다. 또한, 정공축적층(13) 및 신호전하축적영역(14)에 인접하여 P형의 채널스톱영역(6)이 형성되어 있다.
또한, 제1도(a), (b)에 도시한 바와 같이, 수직방향(Y 방향)에 있어서의 센서부(1)사이에는 각 센서부(1)의 정공축적층(13)을 수직열마다 연결하도록, 정공축적층(13)과 같은 도전형(P+형)의 고농도의 HCS(Heavy Channel Stop)영역(19)이 부가영역으로서 형성되어 있다. 또한, 센서(1)의 정공축적층(13)의 농도는 HCS 영역(19)의 그것보다 짙은 쪽이 수직시프트레지스터(2)에 악영향을 미치지 않으므로 바람직하다.
HCS 영역(19)의 수평방향(X 방향)의 폭은 채널스톱영역(6)의 폭과 동일 또는 그 이상이면 좋고, HCS 영역(19)을 형성함에 있어서는 제1도(a)에서 특히 명백한 바와 같이, 센서부(1)간의 전체면에 형성하지 않고, 일부분으로 좋고, 더욱이 채널스톱영역(6)에 가깝고, 또한 수직시프트레지스터(2)로부터는 떨어진 위치에 형성하는 것이 바람직하다.
이것은 HCS 영역(19)의 X 방향의 폭이 채널스톱영역(6)의 폭과 최소한 동일하면, 광전변환에 의해 발생한 홀전류에 대한 저항을 저감할 수 있는 것은 채널스톱영역(6)의 내측에 더욱 고농도의 채널스톱영역(7)을 형성한 구조의 종래장치(제5도(a) 참조)로부터 명백하고, 또한 HCS 영역(19)이 수직시프트레지스터(2)에 너무 가까우면, 종래 장치의 경우와 같이 수직시프트레지스터(2)의 취급전하량의 감소가 예상되기 때문이다.
수직시프트레지스터(2)는 P형 영역(12)의 표면영역에 형성된 N형 영역으로 이루어진 신호전하전송영역(15) 및 그 위에 실리콘산화막 SiO2로 이루어진 절연층(도시 생략)을 통해 형성된 전송전극(16)에 의해 구성되어 있다. 또한, 신호전하의 수직전송을 이루는 전송전극은 제1도에서 명백한 바와 같이, 폴리실리콘으로 이루어진 2층구조의 전송전극(16), (17)에 의해 구성되어 있다. 또한, 스미어를 억압하기 위해, 수직시프트레지스터(2)의 하측, 즉 신호전하전송영역(15)의 하측에 P형 영역(18)이 형성되어 있다.
전술한 바와 같이, 센서부(1) 표면의 정공축적층(13)을 센서부(1)의 암전류를 감소시키는 목적외에, 광전변환에 의해 발생한 홀의 통로로서 이용하기 위해, 수직방향에 있어서의 각 센서부(1)사이에, HCS 영역(19)을 부가영역으로서 형성함으로써, 광전변환에 의해 발생한 홀의 통로를 확보할 수 있기 때문에, 홀전류에 대한 저항을 충분히 낮게 할 수 있다.
그 결과, 채널스톱의 불순물농도를 높게 할 필요가 없으므로, 수직시프트레지스터(2)의 취급전하량의 감소나, 센서부(1)에 축적된 신호전하를 실리콘기판(11)에 쓸어내는 전자셔터동작을 할 때에 실리콘 기판(11)에 인가하는 기판펄스의 진폭의 증대와 같은 문제를 일으키지 않고, 대광량입사시의 센서부(1)의 취급전하량의 이상증가를 억제할 수 있게 된다.
또한, 본원 발명과 동일한 과제를 해결하도록 정공축적층(13)을 수직열마다 각 센서부(1) 사이에서 공통으로 형성한 구성의 고체촬상 장치가 본원 출원인에 의해 제안되어 있다(일본국 특원평 2(1990)-309155호 명세서 참조).
이 제안에 의한 고체촬상장치의 경우에는, 폴리실리콘전극(16), (17)을 형성하기 전에 센서부(1)의 정공축적층(13)을 형성하지 않으면 안된다. 그렇게 하면, 그 후의 열처리에 의해 고농도의 P+층인 정공축적층(13)이 확산되어 센서부(1)중의 N+층이 없어지므로, 그것을 방지하기 위해서는 정공축적층(13)을 형성한 후의 프로세스를 충분히 확산을 억제할 수 있도록 저온화하여야 하며, 그 실시는 매우 어렵다.
이에 대해, 본원 발명에 의한 고체촬상장치의 경우에는 수직방향에 있어서의 각 센서부(1) 사이에 정공축적층(13)과는 별도로 HCS 영역(19)을 형성하는 구성으로 되어 있으므로, HCS 영역(19)을 형성하는 프로세스가 고온화되어도, 센서부(1)에의 영향은 매우 적고, 용이하게 실시할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본원 발명에 의하면 HAD 구조의 센서부를 구비한 고체촬상장치에 있어서, 수직방향에 있어서의 각 센서부간에 정공축적층과 같은 도전형의 고농도의 부가영역을 형성함으로써, 광전변환에 의해 발생한 홀의 통로를 확보하고, 홀전류에 대한 저항을 충분히 낮게 하였으므로, 채널스톱영역의 불순물농도를 높게 할 필요가 없게 된다.
그 결과, 종래장치와 같이 채널스톱영역의 불순물농도를 높게 하는데 따르는 수직시프트레지스터의 취급전하량의 감소나, 전자셔터동작시의 기판펄스의 진폭의 증대와 같은 문제를 일으키지 않고, 대광량입사시의 센서부의 취급전하량의 이상증가를 억제할 수 있게 된다.
Claims (1)
- 광전변환에 의해 발생한 신호전하를 축적하는 영역상에 적층된 정공축적층을 가지고, 수직 및 수평방향으로 화소단위로 2차원 배열된 복수개의 센서부와, 상기 복수개의 센서부를 분리하는 채널스톱과, 상기 복수개의 센서로부터 수직열마다 독출된 신호전하를 수직방향으로 전송하는 수직전송부를 구비하고, 상기 복수개의 센서부의 정공축적층을 수직열마다 연결하도록, 상기 정공축적층과 같은 도전형이고 상기 채널스톱보다 더욱 높은 고농도의 부가영역을 수직방향으로 인접하는 각 센서부 사이이며 상기 수직전송부로부터 떨어진 위치에 형성하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
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